全面實踐工業4.0 博世德勒斯登晶圓廠落成

作者: 黃繼寬
2021 年 06 月 09 日

博世正在德勒斯登啟用全球最先進的晶圓廠之一。高度自動化、全面互聯化的機器和整合程序,結合人工智慧(AI) ,將使德勒斯登工廠成為智慧工廠和工業4.0的先驅。在德國總理梅克爾(Angela Merkel)、歐盟執委會副主席Margrethe Vestager以及薩克森邦首長Michael Kretschmer的共同虛擬線上見證下,此座高科技廠房已於2021年6月7日正式落成。

博世集團執行長鄧納爾 (Volkmar Denner )指出,對該集團而言,半導體為核心技術,自主研發及生產深具集團策略發展意義。在德勒斯登,透過人工智慧,我們將半導體製程更上一層樓。 這是我們的第一座人工智慧物聯網工廠,在啟用的第一天即作到完全聯網、 數據驅動化以及自行優化能力。

這座新晶圓廠為博世集團成立130多年來最大的單筆投資案。德勒斯登廠將於今年七月開始運轉,較原計畫提前六個月。第一批即將生產的半導體將使用於在博世電動工具中。針對汽車產業客戶所製造的晶片,預計將於九月開始生產,較原計畫提前三個月。新工廠將成為半導體製造網路中重要的一環。透過該廠,博世正強化德國在科技和商業領域的地位。

自1950年代以來,其他汽車零件供應商並未如博世一樣,在微電子領域著墨如此深。自1958年以來,博世即持續自行生產半導體零組件。1970年起,該公司的羅伊特林根晶圓廠即開始生產無法從市面上獲得的特殊零組件。自2010年導入200毫米技術以來,僅在羅伊特林根和德勒斯登的兩座晶圓廠,博世所投資的金額已超過25億歐元。此外,博世還投資數十億歐元於開發微電子技術。藉此,博世正持續追求自身在半導體開發和製造的成長策略。「此項半導體長才,是博世眾多高品質系統解決方案生產的關鍵。」鄧納爾說道。

工業4.0 的先驅

由於結合了人工智慧和物聯網,博世德勒斯登晶圓廠是世界上最先進的晶圓廠之一。在該晶圓廠內,從機器、感測器和產品收集來的所有數據,被集中在中央資料庫中。其資料產生速度相當於每秒寫滿500頁紙本。面對如此大量的資料,博世透過人工智慧來評估這些所收集來的數據。在此過程中,自我優化演算法學習如何根據數據進行預測。透過這種方式,可以即時分析製造和維護程序。例如,人工智慧演算法甚至可以檢測到產品中最微小的異常。這些異常以簽章的特定錯誤模式,在晶片表面被識別出來。甚至在異常影響產品的可靠度之前,即可立刻分析異常原因並即時校正與程序的偏差。

鄧納爾說,人工智慧是進一步改善製程和達成高水準半導體品質穩定性的關鍵,也代表著半導體產品可以快速進入全面生產,減少汽車產業客戶在量產前進行耗時的測試需求。藉由人工智慧,維護工作也可以獲得優化。演算法可即時精確地預測機器或機器人是否需要維護或調整。換言之,這樣的任務不是依循嚴格的時程表,而是根據需要的時間來進行,同時可在任何問題發生之前即提早完成任務。

「數位分身」工廠及其分身

此座晶圓廠的另一特色是它同時存在現實世界以及數位世界中,這稱為「數位分身」。在施工過程中,工廠的每個部分以及與工廠相關的所有施工數據,皆以數位方式記錄下來,並可在3D模型中一目了然。數位分身約有 50 萬個 3D 物件,包括建築物和基礎設施、供應和廢棄物處理系統、電纜槽、通風系統、機械和生產線。可使博世在不干預正在施工的情況下,模擬流程優化計劃和改造工作。德勒斯登工廠的維護工作也運用高科技:數據眼鏡和擴增實境讓機器的維護工作,可遠距完成。換言之,德勒斯登的維護工作可由遠在亞洲的機械工程公司專業技術人員來完成,無需親自來到德勒斯登。透過數據眼鏡內建的攝影機,影像可傳輸到地球的另一端,然後遠端的專業技術人員透過維護程序,即時與工廠負責人員對話。縱使在新冠狀病毒相關的差旅限制下,此項科技仍可確保機器正常運轉,十足扮演關鍵角色。

半導體提升生活品質和道路安全

以微晶片的形式,幾乎在所有科技裝置中,無論是智慧手機、電視還是健身手環,都可以看到半導體。無論現在還是將來,若沒有半導體,汽車將無法運作。2016年,全球每輛新車內平均至少搭載九顆博世晶片,主要運用於安全氣囊控制元件、煞車系統和停車輔助系統等。 2019年,此數量已超過17顆,短短幾年間,晶片的數量就幾乎增加一倍。未來幾年,專家預估駕駛輔助系統、資訊娛樂系統以及動力系統電氣化,將出現最強勁的成長。

博世集團董事會成員Harald Kroeger 說,汽車晶片是半導體技術的終極試練。因為在汽車中,這些體積微小的晶片必須特別強韌堅固。在車輛的使用壽命期間,晶片會受到強烈振動和極端溫度的影響,溫度範圍從低於冰點到高於水的沸點。換言之,晶片必須符合更嚴格的可靠性標準。這代表著汽車半導體的開發遠比其他應用更為複雜,需要專業知識,而博世在過去幾十年已累積這些長才。博世的開發人員和工程師深知微電子汽車零組件背後的物理原理,因此開創了預防交通事故和保護環境的全方位系統的可能性。同時,博世提供此類系統開發和製造的一站式購足服務。 

「這種結合晶片和系統專長的雙重優勢,對博世深具策略發展意義。」 Kroeger補充說道。此外,博世還可利用自身在電子和軟體方面的系統專長,強化半導體開發和製造的實力。這使得該公司可確保產品品質,不斷改善產品並降低成本。

「薩克森矽谷」歐洲最大的微電子聚落

在比較了全球各地的工廠,博世選擇薩克森邦的德勒斯登作為其新晶圓廠的落腳處。 「薩克森矽谷」是歐洲最大及全球第五大微電子聚落。歐洲所生產的晶片,有三分之一源自此地,該地區提供絕佳的條件。 「工廠的位置和興建展現出人們對薩克森邦作為高科技重鎮的信任度,擁有經驗豐富且合格的專業人員以及數十年來在此形成無與倫比的網路。」 薩克森邦部長Kretschmer 表示。他補充說,德勒斯登擁有完善的基礎建設施:一切皆很容易取得,交通便利。這包括汽車供給、服務和其他產業的公司,以及提供專業技術的大學和研究機構。 「在德勒斯登,現代企業家精神與卓越的學術成就和有遠見的產業政策,並駕齊驅。」 Kroeger說。「因此,對博世來說,在該地區進行集團 130 多年上最大的單一投資案,是一項深思熟慮的決定。」

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